Эталон, погрешность и точность средств измерений

Особого внимания заслуживает термин «эталон». Суть его - стандарт измерения. Эталон может быть физической мерой, измерительным инструментом, стандартным образцом или измерительной системой. Он предназначен для того, чтобы определять, реализовывать, сохранять и воспроизводить единицу или одно (или более) значение величины, т.е. служить идеальным выражением цели метрологического измерения.

Эталоны имеют свою иерархию: международный, национальный, первичный, вторичный, рабочий. На практике, в обычной калибровке, используются рабочие эталоны. Но это еще не все. Требование точности к некоторым измерительным инструментам, используемым в промышленности, настолько высока, что существует необходимость в калибровке даже первичных эталонов. Для этой цели используются исходные эталоны, и они же применяются калибровочными лабораториями для калибровки рабочих эталонов.

Прежде чем перейти к изложению примера калибровки средства измерения, надо усвоить определение еще одного термина - «погрешность измерения».

Погрешность измерения - это оценка отклонения измеренного значения величины от ее истинного значения. Погрешность измерения является характеристикой (мерой) точности измерения.

Так как выяснить абсолютную точность истинного значения невозможно, то невозможно и указать величину отклонения измеренного значения от истинного (это отклонение принято называть ошибкой измерения). Но, возможно оценить величину этого отклонения. На практике, вместо истинного значения, используют действительное значение величины, т.е. значение физической величины, полученное экспериментальным путем и настолько близкое к истинному значению, что в поставленной измерительной задаче может быть использовано вместо него.

Такое значение вычисляется как среднестатистическое, полученное при статистической обработке результатов серии измерений. Это полученное значение не является точным, а лишь наиболее вероятным. Поэтому в измерениях необходимо указывать, какова их точность.

Точность средства измерения - это степень совпадения показаний измерительного прибора с истинным значением измеряемой величины. Чем меньше разница, тем больше точность прибора. Точность измерительного прибора, откалиброванного по эталону, всегда хуже или равна точности эталона.

Точность результата измерений - одна из характеристик качества измерений, отражающая близость к нулю погрешности результата измерения.

В зависимости от характеристик измеряемой величины для определения погрешности измерений используются различные методы. Один из них называется методом Корнфельда. Этот метод заключается в выборе интервала, пределами которого являются минимальные и максимальные результаты измерений.

 Погрешности классифицируют:

- по форме представления (абсолютная, относительная и приведенная погрешность);

- по причине возникновения (инструментальная, методическая и субъективная личная погрешность).

 Пример калибровки стеклянного жидкостного термометра

 Доступным и наглядным примером калибровки СИ, является калибровка стеклянного жидкостного (ртутного) термометра. Работа с ним не требует сложного лабораторного оборудования и каких-либо особых условий, кроме наличия эталонного термометра, чистой стеклянной лабораторной емкости, возможности регулировать температуру воды (для исследования нужна вода с температурой 20˚С), рабочей тетради и калькулятора. Поверка показаний жидкостных термометров производится в термостатах путем сличения с образцовыми приборами более высокого класса точности.

Порядок выполнения калибровки

1. Подготовка к процессу измерения и получение необходимых данных для выполнения расчетов.
2. Моделирование измерения и составление моделирующей функции.
3. Оценивание неопределенностей по типу А и В, в зависимости от закона распределения.
4. Объединение математических ожиданий и неопределенностей (неопределенность измерений - это неотрицательный параметр характеризующий рассеяние величины, которые приписываются измеряемой величине на основании используемой информации)
5. Оценка расширенной неопределенности.
6. Выражение и оценка результата.

Выполнение калибровки

1.  Определятся задача, принцип, метод и процедура измерений.

А) Задача измерения: определение инструментальной погрешности стеклянного ртутного термометра при температуре окружающей среды (воды) 20˚С.

Б) Принцип измерения: изменение температуры в жидкости до определенной температуры (термостатируемой).

В) Метод измерения: прямое сличение показаний двух приборов (испытуемого и эталонного).

Г) Процедура измерения: сличение показаний двух термометров, погруженных в емкость с водой.

 Выполнено 4 измерения (k=1, 2, 3, 4) попеременно с испытуемым термометром.

 Результат измерений:

 Тип оценки: тип А (статистический анализ)

 Среднее арифметическое значение показаний эталонного термометра будет определено функцией.

 Теперь необходимо учесть инструментальную составляющую резервуара и эталона.

 На основании данных производителя для резервуара: максимальное отклонение температуры в середине резервуара = ±20 ·10־³˚С

 Тип оценки: тип А (нестатистический анализ)

 Распределение: равномерное

 Полуширина Da=20 · 10־³˚С

Данные из сертификата производителя эталонного термометра

По данным производителя испытуемого термометра:

Тип оценки: тип В (нестатистический анализ)

Используемая методика проявила себя как достаточная для определения соответствия рабочего СИ его эталонному образцу. Она позволила выявить погрешность показаний рабочего СИ, при минимальных затратах времени с использованием типового лабораторного оборудования и простых математических расчетов.

- Курсовые работы на заказ